Ароматы также классифицируются по трем поколениям. Смысл тут в том, что в каждом поколении у одного кварка заряд 1/3, во втором +2/3:
Первое поколение
символ-название-заряд-энергия
d нижний 1/3 4,79±0,07 МэВ/c²
u верхний +2/3 2,01±0,03 МэВ/c²
Второе поколение
s странный 1/3 95±5 МэВ/c²
c очарованный +2/3 1,8 ГэВ/c²
Третье поколение
b прелестный 1/3 4,5 ГэВ/c²
t истинный +2/3 171 ГэВ/c²
Антикварки такие же, только анти-.
Почему они так называются, сказано будет потом, при описании слабого взаимодействия.
Кварки являются уже полноценным таким веществом, и участвуют во всех четырех взаимодействиях.
Сильные взаимодействия могут изменять цвет кварка, но не меняют его аромат. Слабые взаимодействия, наоборот, не меняют цвет, но могут менять аромат.
Почему такие цвета, поколения и ароматы, в настоящий момент неизвестно, а вся модель существует на основе экспериментальных данных.
Есть альтернативные теории, которые описывают строение вещества без кварков, но более сложные и малоизвестные:
Модель Сакаты.
Барионные-антибарионные нонеты.
Космос 23. Антиматерия
Представления об античастицах возникли довольно рано для ядерной физики, которая почти вся сформировалась в последние 100 лет (подумать только, структура атома была определена Резерфордом в 1912 году, то есть вся атомная и вся ядерная физика это ровно сто лет!)
Уже в 1932 году обнаружен позитрон, в дальнейшем сложилось впечатление о том, что мир принципиально симметричен: каждой частице соответствует своя античастица. Однако некоторые частицы симметричны относительно самих себя, а именно фотон, нейтральный пи-мезон, эта-мезон и прочие кварконии, хиггсовский бозон, Z-бозон, гравитон не имеют античастиц (являются античастицами к самим себе).
Античастица по отношению к частице:
1. Имеет ту же массу и спин.
2. Имеет противоположный заряд (поскольку взаимодействий известно несколько, заряд может быть как электрический, так и цветовой, а также барионное и лептонное квантовые числа).
3. При столкновении со своей частицей они могут аннигилировать (но не всегда), при этом обычно выделяется очень много энергии в связи с этим ожидается, что если удастся получить антивещество в нормальных количествах, энергетические проблемы будут навеки решены, да и любую планету можно будет разнести на части небольшой по размерам бомбой.
В основном, их получают, сталкивая частицы между собой (разогнанные при большой энергии), поэтому стоит сейчас антивещество дико дорого (самое дорогое вещество на планете), в небольших количествах атомы антивещества уже получены, и прямо сейчас ведутся эксперименты, как антивещество относится к гравитации, крайне важные для физики в целом, так как гравитация является ее основной проблемой.
Античастицы имеются и в космических лучах, так как не все аннигилируют. Однако, что касается атомного антивещества, напоминающего наше, то есть на позитронах и антипротонах, то, конечно, при любом перемешивании с веществом, оно ёбнет со страшной силой.
В принципе, могут существовать во Вселенной массивные объекты из антивещества, пространство же там, в основном, пустое, и вероятность того, что они столкнутся с объектами из вещества, очень маленькая. Но пока никаких таких объектов не обнаружено, более того, дискутируется, а можно ли их вообще обнаружить, в условиях, когда фотон и гравитон истинно нейтральны. То есть, допустим, свет и притяжение от звезды и антизвезды вообще никак не будут отличаться.
Существует космологическая проблема, относящаяся как раз к описываемому этапу Большого Взрыва если рождались кварки, то там должны появляться и антикварки; так вот, если бы их было строго поровну, то все вещество бы аннигилировало на фотоны, и никаких атомов бы не возникло. В связи с этим имеются разные теории насчет того, а почему этого не было. Впрочем, мне кажется, тут очередной пример смелой интерполяции того, что наблюдается на Земле в ускорителях, на то, что было при совершенно невообразимых условиях гигантской плотности, энергии и температуры. Если до сих пор непонятно, почему сами кварки-то возникли из энергии, что уж говорить про то, сколько там было антикварков, когда нам сам процесс возникновения неизвестен! Возможно, антивещество попарно возникает только у них в ускорителях, а при БЗ по каким-то неизвестным ныне законам оно вообще не возникало. Кстати, еще одна причина, почему Эйнштейн неправ: по Эйнштейну, они могут возникнуть только в равных количествах, и никак иначе. То есть, из теории ОТО прямо следует Большой Взрыв, и из нее же следует, что в результате Большого Взрыва мир никак бы не мог образоваться, так как вся возникающая материя аннигилировала бы с антиматерией, которая бы возникала строго в равных количествах.
Космос 24. Условия Сахарова
Предназначены для объяснения явного несоответствия в ОТО, о котором я писал ранее: из ОТО следует Большой взрыв, а из БЗ следует, что атомы возникнуть не могли, потому что антиматерия и материя возникали в одинаковых размерах. В то же время, наблюдаются не только атомы, но и барионная асимметрия вселенной, то есть в наблюдаемой части мира материи явно больше, чем антиматерии (реально какие-то крохи антиматерии научились делать совсем недавно, и это страшно дорого).
В 1967 году Сахаров предложил три необходимых условия, необходимых для того, чтобы материи получалось больше, чем антиматерии:
1. Нарушение баланса барионных чисел.
2. Нарушение С-симметрии и СР-симметрии то есть нарушения в зарядовом сопряжении, которое и есть, собственно, операция замены частицы на соответствующую античастицу (это про С). Что касается СР, то это неинвариантность законов физики относительно операции зеркального отражения с одновременной заменой всех частиц на античастицы. Нарушение СР-симметрии экспериментально наблюдается при распадах нейтральных каонов и В-мезонов, то есть такая штука бывает, но очень редко, и крайне маловероятно, чтобы она была тогда глобальной. Но без нее не получилось бы барионной асимметрии.
3. Взаимодействия без термического равновесия. Термическое равновесие должно быть нарушено, иначе сработает CPT-инвариантность (фундаментальная симметрия физических законов при преобразованиях, включающих одновременную инверсию заряда, чётности и времени).
Сахаров показал, что текущее положение дел могло случиться только если все эти три физических равновесия, постоянно наблюдаемые в природе, случайным образом при создании мира, в самые первые описываемые доли секунды, были нарушены.
Экспериментально:
1. Нарушение баланса барионных чисел не наблюдалось никогда.
2. Нарушение СР-симметрии наблюдается только при распадах двух крайне редких элементарных частиц.
3. Третье условие при сверхбыстром расширении, которое было как раз в инфляционную эпоху, действительно могло быть.
Во времена Сахарова темная материя была еще не в моде, поэтому объясняли это "флуктуацией" (то есть случайностью: как-то так все совпало, что ОТО нарушилась, а после этого уже не нарушалась). Сейчас более модно объяснение через темную материю, не менее расплывчатое, потому что темная материя дело темное.
Космос 25. Электрослабая эпоха
Время от 10
-32
-12
Электромагнитное и слабое взаимодействие все еще едины (разделяются к концу периода), то есть всего в это время три взаимодействия: гравитация, сильное и электрослабое (более 100 ГЭВ).
В больших количествах рождаются так называемые экзотические частицы, то есть те, которые сейчас не наблюдаются, прежде всего бозоны W, Z и Хиггса. После отделения слабого взаимодействия W и Z бозоны быстро погибли.